En ny type konvektion er bevist i granulære gasser

I fysik, termisk konvektion af en væske er udstillet ved udseendet af geometriske strukturer, gennem hvilke væsken bevæger sig, danner lukkede kredsløb. Dette fænomen er af vital betydning for mange industrielle applikationer, hvor der er en væske til stede. Bénard konvektion er et af de mest undersøgte problemer inden for væskedynamik. Nu, et team af forskere fra University of Extremadura og Sapienza University i Rom har fundet en ny type konvektion, der optræder i en granuleret væske og hidtil ikke var blevet påvist i traditionelle væsker (væsker, gasser, etc.). Den eksperimentelle udvikling og resultater er blevet offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .

Granulære medier dannes af makroskopiske faste partikler, der måler mere end 1 mikrometer (μm), som, på grund af agitation eller indsprøjtning af energi, interagere og kollidere med hinanden, opfører sig som en gas eller en væske. I dette specifikke medie, forskerne har bestemt de forhold, der systematisk producerer termisk konvektion i en granulær gas via tyngdekraften og fluidiseret af en vibrerende base. Den resulterende konvektion adskiller sig fra traditionel konvektion i væsker, som det er produceret af inerte vægge. Egenskaberne er forskellige, også, da der kun dannes to konvektionsceller (en pr. inaktiv væg), som i forsøget designet af forfatterne, findes på systemets sidevægge. På grund af dette, disse forskere har kaldt det "termisk konvektion i siderne".

"Indtil nu, intet lignende eksperiment havde fundet nøglen, eller årsagen bag denne konvektion. Vi indså, at de små kugler i forsøgsboksen afkøledes ved uelastisk kollision mod sidevæggen. Det er netop denne temperaturforskel mellem den varme zone og de to koldere vægge, sammen med tyngdekraftens virkning, der er ansvarlig for denne nye type granulær konvektion, "forklarer Francisco Vega Reyes, en teoretisk fysiker ved University of Extremadura og medlem af Advanced Scientific Computation Institute. Dette sker uanset temperaturen, selvom sidevæggen mere absorberer varmen, jo mere intens vil konvektionen være.

"Dette er en konvektion forårsaget af vinkelrette gradienter, "siger Vega. To gradienter, parallelt og lodret - tyngdekraften og varmekilden i bunden - og en vandret gradient, består af forskellen i energi, der stammer fra de uelastiske kollisioner mod sidevæggen.

Disse granulære dynamikker tilbyder mange applikationer inden for luftfartsindustrien, såsom for at øge effektiviteten af ​​robotternes bevægelse i svage gravitationsfelter og i dem, hvor der tages hensyn til fluidiseringsegenskaberne for det sandede medium, hvori de bevæger sig. I øvrigt, "hvis vi kontrollerer konvektionsbetingelserne, vi kan forbedre blandings- og omrøringsprocessen for granulære materialekomponenter som farmaceutiske forbindelser, "tilføjer Vega.

Forskerne arbejder i øjeblikket på teoretiske modeller til reproduktion af denne type konvektion i væsker, fra et teknisk synspunkt, dette fænomen kan have en anvendelse i væskemekanik.